Измерение чувствительности. Измерение чувствительности в тос

Классификация ощущений

По характеру отражения и месту расположения рецепторов:

1. Экстроцептивные , отражающие свойства и явления внешней среды и имеющие рецепторы на поверхности тела.

2. Интроцептивные , имеющие рецепторы во внутренних органах и тканях тела и отра-жающие состояние внутренних органов.

3. Проприоцептивные , рецепторы кот. располагаются в мышцах и связках и дают ин-формацию о движении нашего тела и его положении.

Подкласс проприоцепторов представляющий собой чувствительность к движению, называется кинестезический и кинестетический.

Экстроцепторы (2 группы) – контактные и дистантные рецепторы.

Контактные – передают раздражение при непосредственном контакте.
Дистантные – реагируют на раздражитель, исходящий от удаленного объекта.

Общие свойства ощущений.

Ощущения – это форма отражения адекватных раздражителей.

1. Качество – это основная особенность данного ощущения, отличающая его от других видов ощущений.

2. Интенсивность ощущений является его количественной характеристикой и определяется силой действующего раздражителя.

3. Продолжительность ощущения есть его временная характеристика. Она определяет функциональное состояние органов чувств, но главное – время действия раздражителя.

4. Пространственная локализация раздражителя – пространственный анализ, осуществляемый дистантными рецепторами, дает нам сведения о локализации раздражителя в пространстве.

Чувствительность и ее измерение

Чувствительность органа чувств определяется минимальным раздражителем, который в данных условиях способен вызвать ощущение. Минимальная сила раздражителя, вызвавшая едва заметное ощущение, называется нижним порогом ощущения.

Нижний порог ощущения определяет уровень абсолютной чувствительности данного анализатора. Между абсолютной чувствительностью и величиной порога существует обратная взаимосвязь: чем меньше величина порога, тем выше чувствительность данного анализатора.

Е = 1/Р (Е – чувствительность, Р – пороговая величина раздражителя)

Верхним абсолютным порогом чувствительности называется максимальная сила раздражителя, при котором еще возникает адекватное действующему раздражителю ощущение.

Величина абсолютных порогов изменяется в зависимости от различных условий: характер Деятельности, возраст человека, сила и длительность раздражителя.

Минимальное различие между двумя раздражителями, вызывающее едва заметное различие ощущений, называется порогом различения или разностным порогом . Порог различения характеризуется относительной величиной для данного анализатора. Фехнер выразил зависимость интенсивности ощущений от силы раздражителя: S = KlgJ + C; S – интенсивность ощущений, J – сила раздражителя, K и С – константы. Закон Вебера-Фехнера. Интенсивность ощущения пропорциональна логарифму силы раздражителя. При возрастании силы раздражителя в геометрической прогрессии интенсивность ощущений увеличивается в арифметической прогрессии.

Чем порог больше, тем меньше разностная чувствительность.

Наши анализаторные системы способны в большей или в меньшей степени влиять друг на друга. При этом взаимодействие ощущений проявляется в двух противоположных процессах: повышение и понижение чувствительности. Слабые раздражители повышают чувствительность, а сильные понижают чувствительность анализаторов. Повышение чувствительности в результате взаимодействия анализаторов и упражнения – сенсибилизация. Синестезия – это возникновение под влиянием раздражения одного анализатора ощущения, характерного для другого анализатора.

Психика начинается с ощущений. Ощущение – это процесс первичной обработки информации на уровне отдельных свойств предметов и явлений. Этот уровень обработки информации называется сенсорным. На нем отсутствует целостное представление о том явлении, кот. вызвало ощущения.

Поскольку первичным, элементарным психическим опытом можно считать ощущение, то ученым прежде всего хотелось понять, каким образом физическая стимуляция преобразуется в ощущение. Фехнер Г.Т. стал основоположником экспериментальных исследований по проблеме соотношения физического и психического.

Существует несколько видов классификаций:

I . Вундт – по типу рецепторов (механо, химо, фото). Основана на том, что существует специфическая чувствительность к воздействию не только на уровне рецепторов, но и на уровне центрального звена анализаторов.

Несмотря на механистичность, для психологии эта классификация важна.

Классификация Ч. Шеррингтона , выделяющая виды по месту расположения рецепторов ощущения делятся на:

1. Экстероцептивные – отражают свойства предметов и явления внешней среды. Рецепторы на поверхности тела. Являются дифференцированными. Основа познавательных процессов. А) контактные – непосредственный контакт с объектами (вкусовой, осязательный); Б) дистантные – реакция на удаленные раздражители (зрительные, слуховые, обоняние). Болевые ощущения общие для всех анализаторов.

2. Интероцептивные (органические) – ощущения, возникающие при отражении обменных процессов в организме с помощью специализированных рецепторов. Недифференцированные. Являются основой для эмоциональных процессов.

3. Проприоцептивные (кинестетические) – отражающие движение и относительное положение частей тела при помощи рецепторов, расположенных в мышцах, связках, сухожилиях, суставных сумках. Основа волевых регуляторных процессов.

II. Эволюционная классификация. Хэд . Это собственно психологическая классификация.

Существует два вида чувствительности:

1. Протопатическая (древняя), ее особенность – аффективная окрашенность ощущений, слабая дифференцированность (пример: хеморецепция, болевая рецепция, запахи), диффузная.

2. Эпикритическая чувствительность – появляется на поздних стадиях эволюции; характеризует – неаффективная окрашенность, позволяет локализовать объект ощущения в пространстве.

Несмотря на разнообразие ощущений, возникающих при работе органов чувств, можно найти ряд принципиально общих признаков в их строении и функционировании. В целом можно сказать, что анализаторы представляют собой совокупность взаимодействующих образований периферической и ЦНС, осуществляющих прием и анализ информации о явлениях, происходящих как внутри, так и вне организма. Необходимо помнить и о регуляторной функции.

Свойства ощущений :

1. Качество – основная особенность ощущений, отличающая его от остальных.

2. Интенсивность – количественная характеристика, определяется силой действия раздражителей.

3. Продолжительность – временная характеристика, определяется временем действия раздражителя и его интенсивностью.

Способность отображать явления окружающего мира с более или менее точной степенью называют чувствительностью. Минимальная сила раздражителей, вызывающая едва заметные ощущения, называется низшим абсолютным порогом чувствительности. Величина абсолютных порогов меняется.

Явления, возникающие при взаимодействии ощущений:

1. Адаптация – это изменение чувствительности анализатора путем воздействия или тренировки.

2. Сенсибилизация – изменение чувствительности одного анализатора при воздействии на другой анализатор.

3. Синестезия – это возникновение ощущения в одной анализаторной системе, хар-ного для другой анализаторной системы и при раздражении другой анализаторной системы.

По Петровскому :

Ощущение – это простейший психический процесс, состоящий в отражении отдельных свойств предметов и явлений материального мира, а также внутренних состояний организма при непосредственном воздействии раздражителей на соответствующие рецепторы.
Функции – получать информацию о состоянии внешней и внутренней среды с помощью органов чувств.
Взаимодействие – органы чувств теснейшим образом связаны с органами движения (неподвижный глаз столь же слеп, как неподвижная рука перестает быть орудием познания). Органы движения участвуют в процессе получения информации (обе функции слиты в одном органе – руке).

Ощущение возникает как реакция нервной системы на тот или иной раздражитель и имеет рефлекторный харр. Физиологической основой ощущений является нервный процесс, возникающий при действии раздражителя на адекватный ему анализатор.

Самостоятельный вид ощущений – температура. Есть внешне-внутренние ощущения: температурные, болевые, вкусовые, вибрационные, мышечно-суставные, статико-динамические. Болевые ощущения характерны для разных анализаторов.

2.Протопатическая и эпикритическая чувствительность . Физиолог Хэд, интерпретируя свои наблюдения о последовательном восстановлении чувствительности после перерезки нерва, выдвинул гипотезу о двух различных видах чувствительности - протопатической и эпикритической. Протопатическая чувствительность - более примитивная и аффективная, менее дифференцированная и локализованная. Эпикритическая чувствительность - более тонко дифференцирующая, объективированная и рациональная; вторая контролирует первую. Для каждой из них существуют особые нервные волокна, которые регенерируют с различной скоростью. Волокна, проводящие протопатическую чувствительность, Хэд считал филогенетически более старыми, примитивными по своему строению и поэтому восстанавливающимися раньше, в то время как эпикритическая чувствительность проводится волокнами филогенетически более молодой системы и более сложно построенной. Высшие центры протопатической чувствительности локализуются, по Хэду, в таламусе, а эпикритической - в филогенетически более поздних корковых образованиях. В нормальных условиях протопатическая чувствительность контролируется эпикритической посредством тормозящего воздействия коры на таламус и нижележащие области, с которыми связана протопатическая чувствительность.

3.Взаимодействие ощущений . Интенсивность ощущений зависит не только от раздражителя, но и от уровня адаптации рецепторов к раздражениям, воздействующим в данный момент на другие органы чувств. Взаимодействие ощущений – это изменение чувствительности анализатора под влиянием раздражения других органов чувств. Известны многочисленные факты изменения чувствительности, вызванные взаимодействием ощущений. Так, чувствительность зрительного анализатора изменяется под влиянием слухового раздражения. Слабые звуковые раздражители повышают цветовую чувствительность зрительного анализатора. В то же время наблюдается резкое ухудшение различительной чувствительности глаза, когда в качестве слухового раздражителя применяется громкий шум (например, авиационного мотора). Зрительная чувствительность повышается также под влиянием некоторых обонятельных раздражении. Однако, при резко выраженной отрицательной эмоциональной окраске запаха наблюдается снижение зрительной чувствительности. Аналогично этому при слабых световых раздражениях усиливаются слуховые ощущения, при действии интенсивных световых раздражителей слуховая чувствительность ухудшается. Описаны факты повышения зрительной, слуховой, тактильной и обонятельной чувствительности под влиянием слабых болевых раздражений. Изменение чувствительности какого-либо анализатора может иметь место и при подпороговом раздражении других анализаторов. Так, были получены факты снижения зрительной чувствительности под влиянием облучения кожи ультрафиолетовыми лучами (Я.П. Лазарев). Одна из форм взаимодействия ощущений – явление контраста. Оно сказывается в изменении чувствительности под влиянием предшествующего (или сопутствующего) раздражения. Так, в силу контраста обостряется ощущение кислого после ощущения сладкого, ощущение холодного после горячего и т. д. Таким образом, все наши анализаторные системы способны в большей или меньшей мере влиять друг на друга. При этом взаимодействие ощущений, как и адаптация, проявляется в двух противоположных процессах: повышении и понижении чувствительности. Общая закономерность здесь состоит в том, что слабые раздражители повышают, а сильные понижают чувствительность анализаторов при их взаимодействии. Физиологическим механизмом взаимодействия ощущений являются процессы иррадиации и концентрации возбуждения в коре гГМ, где представлены центральные отделы анализаторов. По И. П. Павлову, слабый раздражитель вызывает в коре БП процесс возбуждения, который легко иррадиирует (распространяется). В результате иррадиации процесса возбуждения повышается чувствительность другого анализатора. При действии сильного раздражителя возникает процесс возбуждения, имеющий, наоборот, тенденцию к концентрации. По закону взаимной индукции это приводит к торможению в центральных отделах других анализаторов и снижению чувствительности последних. Изменение чувствительности анализаторов может быть вызвано воздействием второсигнальных раздражителей. Так, получены факты изменения электрической чувствительности глаз и языка в ответ на предъявление испытуемым слов «кислый, как лимон». Эти изменения были аналогичны тем, которые наблюдались при действительном раздражении языка лимонным соком. Зная закономерности изменения чувствительности органов чувств, можно путем применения специальным образом подобранных побочных раздражителей сенсибилизировать тот или иной рецептор, т. е. повышать его чувствительность. Сенсибилизация может быть достигнута и в результате упражнений. Известно, например, как развивается звуковысотный слух у детей, занимающихся музыкой. (См. также о взаимодействии анализаторов п. 2.12). Синестезия – форма взаимодействие ощущений, при которой под влиянием раздражения одного анализатора возникают ощущения, характерного для другого анализатора. Синестезия наблюдается в самых различных видах ощущений. Наиболее часто встречаются зрительно-слуховые синестезии, когда при воздействии звуковых раздражителей у субъекта возникают зрительные образы. У разных людей синестезии различаются, однако они довольно постоянны для каждого отдельного лица. Способностью цветного слуха обладали некоторые композиторы (Н. А. Римский-Корсаков, А. Н. Скрябин и др.), яркое проявление подобного рода синестезии мы находим в творчестве литовского художника М. К. Чюрлениса, в его симфониях красок. Реже встречаются случаи возникновения слуховых ощущений при воздействии зрительных раздражении, вкусовых - в ответ на слуховые раздражители и т. п. (например, описанный А.Р. Лурия пациент Ш.). Синестезией обладают далеко не все люди, хотя она довольно широко распространена. Ни у кого не вызывает сомнений возможность употребления таких выражений, как «острый вкус», «кричащий цвет», «сладкие звуки», «бархатистый голос» и т. п. Явления синестезии - еще одно свидетельство постоянной взаимосвязи анализаторных систем человеческого организма, целостности чувственного отражения человеком объективного мира. Опосредованность одних ощущений другими. Взаимодействие рецепторов выражается также в той взаимосвязи ощущений, которая всегда происходит в процессе восприятия любого предмета или явления. Так, при осязательном распознавании формы предмета, когда зрение почему-либо выключено, осязательные ощущения опосредуются зрительными представлениями. В самом осязании имеет место взаимодействие собственно кожных ощущений прикосновения с мышечными, кинестетическими ощущениями, к которым при ощущении поверхности предмета примешиваются еще и температурные ощущения. При ощущении терпкого, едкого и т. п. вкуса какой-нибудь пищи к собственно вкусовым ощущениям присоединяются, взаимодействуя с ними, ощущения осязательные и легкие болевые. Это взаимодействие осуществляется и в пределах одного вида ощущений. В области зрения, например, расстояние влияет на цвет, ощущения глубины - на форму и т. д. Из всех форм взаимодействия эта последняя – важнейшая, потому что без нее вообще не существует восприятия действительности.

4.Восприятие: определение, виды и свойства

Если в результате ощущения человек получает знания об отдельных свойствах, качествах предметов (что-то горячее обожгло, что-то яркое блеснуло впереди, и т.д.), то восприятие дает целостный образ предмета или явления. Оно предполагает наличие разнообразных ощущений и протекает вместе с ощущениями, но не может быть сведено к их сумме. Восприятие зависит от определенных отношений между ощущениями, взаимосвязь которых, в свою очередь, зависит от связей и отношений между качествами и свойствами, различными частями, входящими в состав предмета или явления.

Восприятием называют психический процесс отражения предметов и явлений действительности в совокупности их различных свойств и частей при непосредственном воздействии их на органы чувств. Восприятие – это отражение комплексного раздражителя.

Выделяется четыре операции, или четыре уровня, перцептивного действия: обнаружение, различение, индентификация и опознание. Первые два относятся к перцептивным, последние – к опознавательным действиям.

Обнаружение – исходная фаза развития любого сенсорного процесса. На этой стадии субъект может ответить лишь на простой вопрос, есть ли стимул. Следующая операция восприятия – различение, или собственно восприятие. Конечный результат ее – формирование перцептивного образа эталона. При этом развитие перцептивного действия идет по линии выделения специфического сенсорного содержания в соответствии с особенностями предъявляемого материала и стоящей перед субъектом задачи.

Когда перцептивный образ сформирован, возможно осуществление опознавательного действия. Для опознания обязательны сличение и идентификация.

Идентификация есть отождествление непосредственно воспринимаемого объекта с образом, хранящимся в памяти, или отождествление двух одновременно воспринимаемых объектов. Опознание включает также категоризацию (отнесение объекта к определенному классу объектов, воспринимавшихся ранее) и извлечение соответствующего эталона из памяти.

Таким образом, восприятие представляет собой систему перцептивных действий, овладение ими требует специального обучения и практики.

В зависимости оттого, в какой степени целенаправленна будет деятельность личности, восприятие разделяют на непреднамеренное (непроизвольное) и преднамеренное (произвольное).

Непреднамеренное восприятие может быть вызвано как особенностями окружающих предметов (их яркостью, необычностью), так и соответствием этих предметов интересам личности. В непреднамеренном восприятии нет заранее поставленной цели. Отсутствует в нем и волевая активность, почему оно и называется непроизвольным. Идя, например, по улице, мы слышим шум машин, разговоры людей, видим витрины магазинов, воспринимаем различные запахи и многое другое.

Преднамеренное восприятие с самого начала регулируется задачей – воспринимать тот или иной предмет или явление, ознакомиться с ним. Так, например, преднамеренным восприятием будет рассматривание электрической схемы изучаемой машины, слушание доклада, просмотр тематической выставки и т.д. Оно может быть включено в какую-либо деятельность (в трудовую операцию, в выполнение учебного задания и т. п.), но может выступать как самостоятельная деятельность – наблюдение.

Наблюдение – это произвольное планомерное восприятие, которое осуществляется с определенной, ясно осознанной целью с помощью произвольного внимания. Важнейшими требованиями, которым должно удовлетворять наблюдение, являются ясность задачи наблюдателя и планомерность и систематичность ведения. Существенную роль играет дробление задачи, постановка частных, более конкретных задач.

Если человек систематически упражняется в наблюдении, совершенствует культуру наблюдения, то у него развивается такое свойство личности, как наблюдательность.

Наблюдательность заключается в умении подмечать характерные, но малозаметные особенности предметов и явлений. Она приобретается в процессе систематических занятий любимым делом и поэтому связана с развитием профессиональных интересов личности.

Взаимосвязь наблюдения и наблюдательности отражает взаимосвязь между психическими процессами и свойствами личности.

17. Основные свойства восприятия

Одну и ту же информацию люди воспринимают по-разному, субъективно, в зависимости от своих интересов, потребностей, способностей и т. п. Зависимость восприятия от содержания психической жизни человека, от особенностей его личности носит название апперцепции. Влияние прошлого опыта личности на процесс восприятия проявляется в опытах с искажающими очками: в первые дни опыта, когда испытуемые видели все окружающие предметы перевернутыми, исключение составляли те предметы, перевернутое изображение которых, как знали люди, физически невозможно. Так, незажженная свеча воспринималась перевернутой, но как только ее зажигали, она виделась нормально ориентированной по вертикали, т.е. пламя было направлено вверх.

Свойства восприятия:

Целостность, т.е. восприятие есть всегда целостный образ предмета. Однако способность целостного зрительного восприятия предметов не является врожденной, об этом свидетельствуют данные о восприятии людей, которые ослепли в младенчестве и которым возвратили зрение в зрелые годы: в первые дни после операции они видели не мир предметов, а лишь расплывчатые очертания, пятна различной яркости и величины, т.е. были одиночные ощущения, но не было восприятия, не видели целостные предметы. Постепенно, через несколько недель, у этих людей формировалось зрительное восприятие, но оно оставалось ограничено тем, что они узнали ранее путем осязания. Таким образом, восприятие формируется в процессе практики, т.е. восприятие – система перцептивных действий, которыми надо овладеть.

Константность восприятия – благодаря ей мы воспринимаем окружающие предметы как относительно постоянные по форме, цвету, величине и т.п. Источником константности восприятия являются активные действия перцептивной системы (системы анализаторов, обеспечивающих акт восприятия). Многократное восприятие одних и тех же объектов при разных условиях позволяет выделить относительно постоянную инвариантную структуру воспринимаемого объекта. Константность восприятия – не врожденное свойство, а приобретенное. Нарушение константности восприятия происходит, когда человек попадает в незнакомую ситуацию, например, когда люди смотрят с верхних этажей высотного здания вниз, то автомобили, пешеходы им кажутся маленькими; в то же время строители, работающие постоянно на высоте, говорят, что они видят объекты, расположенные внизу, без искажения их размеров.

Структурность восприятия – восприятие не является простой суммой ощущений. Мы воспринимаем фактически абстрагированную из этих ощущений обобщенную структуру. Например, слушая музыку, мы воспринимаем не отдельные звуки, а мелодию, и узнаем ее, если ее исполняет оркестр, либо один рояль, или человеческий голос, хотя отдельные звуковые ощущения различны.

Осмысленность восприятия – восприятие тесно связано с мышлением, с пониманием сущности предметов.

Избирательность восприятия – проявляется в преимущественном выделении одних объектов по сравнению с другими.

Швейцарским психологом Роршахом было установлено, что даже бессмысленные чернильные пятна всегда воспринимаются как что-то осмысленное (собака, облако, озеро) и только некоторые психические больные склонны воспринимать случайные чернильные пятна как таковые. То есть восприятие протекает как динамический процесс поиска ответа на вопрос: "Что это такое?"

Виды восприятия. Выделяют: восприятие предметов, времени, восприятие отношений, движений, пространства, восприятие человека

Е = 1/Р (Е – чувствительность, Р – пороговая величина раздражителя)

Чем порог больше, тем меньше разностная чувствительность.

Наши анализаторные системы способны в большей или в меньшей степени влиять друг на друга. При этом взаимодействие ощущений проявляется в двух противоположных процессах: повышение и понижение чувствительности. Слабые раздражители повышают чувствительность, а сильные понижают чувствительность анализаторов. Повышение чувствительности в результате взаимодействия анализаторов и упражнения – сенсибилизация. Синестезия – это возникновение под влиянием раздражения одного анализатора ощущения, хар-ного для другого анализатора.

Существует несколько видов классификаций:

Несмотря на механистичность, для психологии эта классификация важна.

Классификация Ч. Шеррингтона , выделяющая виды по месту расположения рецепторов ощущения делятся на:

II. Эволюционная классификация. Хэд . Это собственно психологическая классификация.

Существует два вида чувствительности:

Свойства ощущений :

1. Качество – основная особенность ощущений, отличающая его от остальных.

2. Интенсивность – количественная характеристика, определяется силой действия раздражителей.

Явления, возникающие при взаимодействии ощущений:

1. Адаптация – это изменение чувствительности анализатора путем воздействия или тренировки.

2. Сенсибилизация – изменение чувствительности одного анализатора при воздействии на другой анализатор.

По Петровскому :

· Ощущение – это простейший психический процесс, состоящий в отражении отдельных свойств предметов и явлений материального мира, а также внутренних состояний организма при непосредственном воздействии раздражителей на соответствующие рецепторы.

· Функции – получать информацию о состоянии внешней и внутренней среды с помощью органов чувств.

· Взаимодействие – органы чувств теснейшим образом связаны с органами движения (неподвижный глаз столь же слеп, как неподвижная рука перестает быть орудием познания). Органы движения участвуют в процессе получения информации (обе функции слиты в одном органе – руке).

Самостоятельный вид ощущений – температура. Есть внешневнутренние ощущения: температурные, болевые, вкусовые, вибрационные, мышечно-суставные, статико-динамические. Болевые ощущения характерны для разных анализаторов.

Магнитные антенны широко применяются в радиоприемных устройствах для приема сигналов в ДВ, СВ и реже KB диапазонах. Для измерения чувствительности в точке расположения антенны радиоприемника с помощью известной методики создают электромагнитное поле известной напряженности. В статье проведен анализ этой методики и приведены рекомендации по ее усовершенствованию.

Чувствительность радиоприемника - такая величина входного сигнала, при которой на его выходе создается определенное отношение сигнал/шум. При измерении чувствительности по напряжению вход радиоприемника подключают к генератору сигналов через эквивалент антенны - электрическую цепь, имитирующую параметры внешней антенны. Для радиоприемников с магнитной антенной проводят измерения чувствительности по полю, но в технической литературе этому вопросу уделяется очень мало внимания. Обычно все сводится к ссылке на якобы хорошо известные методики , суть которых заключается в создании заданной напряженности магнитного поля с помощью рамки с током, подключенной к измерительному генератору. Изменяя сигнал генератора с учетом коэффициента преобразования рамки, находят напряженность поля, при которой выходной сигнал радиоприемника имеет требуемые параметры.

Ознакомление с источниками показало, что имеется в виду одна и та же методика, в которой применена одновитковая рамка квадратной формы со стороной 380 мм, выполненная из медной трубки диаметром 3...5 мм. Ее через резистор сопротивлением 80 Ом подключают непосредственно к выходу генератора сигналов. Середину магнитной антенны радиоприемника располагают на расстоянии 1 м от центра рамки так, чтобы ось антенны была перпендикулярна плоскости рамки. При этом напряженность поля (мВ/м) в точке расположения магнитной антенны численно равна выходному напряжению генератора сигналов (мВ).

Применение этой методики при использовании современных генераторов ВЧ сигналов привело к удручающим результатам - измеренная чувствительность радиоприемников оказалась хуже ожидаемой примерно в десять раз. Более подробное изучение этой ситуации показало, что данная методика была разработана для случая использования генератора ГСС-6, в котором при отключении выносного аттенюатора выходной сигнал в десять раз больше показаний его аттенюатора (выносной аттенюатор имеет коэффициенты передачи 10, 1 и 0,1). Следовательно, напряжение на рамке оказывается в десять раз больше, а суммарный коэффициент преобразования сигнала генератора в электромагнитное поле равен 1 за счет того, что коэффициент преобразования измерительной рамки равен 0,1. Кроме того, выходное сопротивление генератора ГСС-6 в этом режиме равно 80 Ом, что и объясняет сопротивление добавочного резистора. Но современные генераторы ВЧ сигналов, как правило, имеют выходное сопротивление 50 Ом. Все это побудило заняться корректировкой известной методики проверки чувствительности приемников с магнитной антенной.

Начнем с самой магнитной рамки. Так называемая стандартная рамка состоит из одного витка квадратной формы со стороной 380 мм и применяется в диапазоне частот 0,15...1,6 МГц. Очевидно, что ее размеры много меньше длины волны Я., а расстояние от рамки до магнитной антенны больше ее размеров, поэтому в рабочем диапазоне частот она представляет собой элементарный магнитный излучатель.

Анализ поля элементарного магнитного излучателя показывает, что на расстояниях r

Используя выражения для напряженности магнитного поля по этим направлениям и перейдя от магнитного момента вибратора к рамке с током , получим

где H1 Н2 - напряженность магнитной составляющей поля в точках 1 и 2 (см. рисунок) соответственно; S - площадь рамки, м2; I - ток в рамке, А; г - расстояние между центрами рамки и магнитной антенны, м; А,-длина волны сигнала, м.

Выражения (1), (2) позволяют рассчитать напряженность магнитного поля на любом расстоянии от рамки в двух направлениях. Можно показать, что при малых расстояниях {λ/2π) они совпадают с выражениями для магнитного поля рамки с постоянным током. Но напряженность электромагнитного поля принято измерять по напряженности его электрической составляющей. В сформировавшемся электромагнитном поле существует строгая зависимость между напряженностью электрической и магнитной составляющих. Чтобы найти напряженность электрической составляющей поля, которая соответствует известной магнитной составляющей, необходимо выражения (12) умножить на волновое сопротивление среды, для воздуха равное 120π . С учетом того, что на малых расстояниях 2πr

где E1,E2 - напряженность электромагнитного поля в точках 1 и 2 (см. рисунок) соответственно.

Полученные выражения показывают, что напряженность электромагнитного поля вблизи рамки с током зависит от ее площади, значения тока, обратно пропорциональна кубу расстояния и не зависит от длины волны. При этом напряженность поля в первом направлении в два раза больше, чем во втором. Этим, в частности, объясняется тот факт, что в металлоискателях в большинстве случаев используется положение катушки, параллельное исследуемой поверхности.

Используя выражения (3), (4), можно рассчитать напряженность поля для рамки любых приемлемых размеров при известном токе и расстоянии. Однако удобнее связать напряженность поля с выходным сигналом генератора сигналов, к которому подключена рамка. Для задания тока последовательно с ней включают добавочный резистор. Обычно индуктивное сопротивление рамки пренебрежимо мало и его можно не учитывать. В этом случае ток в рамке без учета его индуктивного сопротивления равен

где U - выходное напряжение (по показаниям его аттенюатора) генератора, В; Rr - выходное сопротивление генератора, Ом; Rд- сопротивление добавочного резистора, Ом.

В итоге получены выражения

где К1 К2 - коэффициент преобразования напряжения сигнала генератора в напряженность электромагнитного поля при положении приемной антенны в точках 1 и 2 (см. рисунок) соответственно.

Выражения (5), (6) позволяют рассчитать коэффициент преобразования выходного сигнала генератора в значение напряженности электромагнитного поля либо определить площадь рамки или расстояние до нее для заданного значения коэффициента преобразования. В соответствии с ними в известной методике коэффициент преобразования для квадратной рамки со стороной 380 мм, генератора с выходным сопротивлением 80 Ом и добавочным резистором с таким же сопротивлением дает значение 0,108 при расстоянии 1 м. Очевидно, что в этой методике рамка была рассчитана на коэффициент преобразования 0,1. Небольшая погрешность, скорее всего, вызвана округлением размеров рамки в сторону увеличения и для измерения чувствительности не имеет существенного значения.

Для современных генераторов сигналов с выходным сопротивлением 50 Ом с такой рамкой при сопротивлении добавочного резистора 80 Ом коэффициент преобразования K1 = 0,133, а с добавочным резистором 51 Ом К1 = 0,172, что неудобно для практического использования.

Размеры рамки (ее площадь) при коэффициенте преобразования К, = 1 можно определить из выражения (5). Для r = 1 м, Rr = 50 Ом, Rд = 51 Ом площадь должна составлять 0,84 м2. Это соответствует квадратной рамке со стороной около 0,917 м или круглой диаметром 1,035 м. Но ее индуктивность, в зависимости от примененного диаметра провода, будет 4...4,5 мГн, что приведет к заметной зависимости тока в рамке от частоты сигнала на частотах свыше 1 МГц. Кроме того, такие размеры становятся соизмеримыми с расстоянием до антенны, из-за чего формулы, полученные для элементарного магнитного излучателя, становятся не применимыми.

Удобнее использовать коэффициент преобразования К1 =0,1, что позволит применить сравнительно небольшую рамку площадью 0,085 м2 - это соответствует квадратной рамке со стороной 291 мм или круглой диаметром 328 мм. При диаметре проводника 3 мм ее индуктивность - около 1 мГн. Для таких рамок при добавочном резисторе 51 Ом выходной сигнал генератора, равный 15 мВ, будет соответствовать напряженности поля 1,5 мВ/м на расстоянии 1 м.

Учет влияния индуктивности рамки показывает, что с ее помощью можно проводить измерение чувствительности радиоприемников с магнитной антенной до частоты 8 МГц, на которой напряженность поля уменьшится примерно на 9 %.

На более высоких частотах можно применить рамку площадью 84,17 см2 (что соответствует квадрату со стороной 92 мм или кругу диаметром 104 мм), выполненную из медной трубки или проволоки диаметром 3 мм С такой рамкой и добавочным резистором 51 Ом коэффициент преобразования составит К, = 0,01, поэтому для создания поля напряженностью 1,5 мВ/м на расстоянии 1 м потребуется выходной сигнал генератора 150 мВ. Измерение чувствительности можно проводить до частоты 30 МГц, на которой напряженность поля уменьшится примерно на 8 %. Эта же рамка обеспечит коэффициент преобразования К, =0,1 на расстоянии 465 мм, однако в таком случае потребуется высокая точность установки расстояния между рамкой и антенной.

Точность установки этого расстояния влияет на погрешность измерений. Так, при расстоянии 1 м погрешность ±3,33 см приводит к погрешности измерения ±10%. На расстоянии 465 мм такая же погрешность измерения будет при точности установки ±1,55 см.

Круглая и квадратная рамки эквивалентны, можно также применять рамки другой формы, например треугольной, важно, чтобы их площадь в точности равнялась требуемой. Поэтому с конструктивной точки зрения удобнее применить именно квадратную рамку, так как в этом случае проще получить заданную площадь.

Все приведенные примеры справедливы для случая, когда ось магнитной антенны расположена на перпендикуляре к плоскости рамки, проведенным через ее центр (положение 1, см. рисунок). Но для измерения чувствительности можно применить и другое направление (положение 2). В соответствии с выражением (6) в этом положении коэффициент преобразования уменьшится ровно в два раза. Поэтому для создания требуемой напряженности поля при прочих равных условиях необходимо в два раза увеличивать сигнал генератора либо уменьшить расстояние до центра рамки в раза. Но расстояние менее 0,5 м применять не рекомендуется, поскольку кубическая зависимость сильно увеличивает погрешность измерения от неточности установки расстояния до антенны. К тому же, когда расстояние до рамки становится соизмеримым с ее размерами, приведенные выражения дают завышенное значение напряженности электромагнитного поля, так как излучатель уже не может рассматриваться как точечный.

Однако второе положение может быть удобным с точки зрения компактности рабочего места, поскольку рамку можно расположить, например, над рабочим столом. Но во всех случаях важно, чтобы в зоне измерений не было крупных металлических предметов, способных заметно исказить поле.

ЛИТЕРАТУРА

Левитин Е. А., Левитин Л. Е. Радиовещательные приемники. Справочник. - М.: Энергия, 1967, с. 347.
Белов Н. Ф., Дрызго Е. В. Справочник по транзисторным радиоприемникам. - М.: Сов. Радио, 1973, ч. 2, с. 663-691.
Бродский М. А. Справочник радиомеханика. - Минск: Высш. школа, 1974, с. 115.
Айзенберг Г. 3., Ямпольский В. Г., Терешин О. Н. Антенны УКВ, ч. 1. - М.: Связь, 1977, с. 86.
Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. - М.: Энергия, 1975, с. 34, формула (1-52).

Дата публикации: 10.07.2008

Мнения читателей

костя / 29.06.2014 - 09:36
во дают! на Смоленщину старые книжки завезли и журналы радио времен когда дед еще по бабам бегал. а все плачут дороги плохие.
Сергей / 13.05.2014 - 04:15
Не понял. Что Г-н/товарищ Алхимов и те публикации сочинил? Ну и голова у него...Когда в Смоленскую область по работе ездил надо было познакомиться.
Марк / 04.12.2011 - 09:07
Нужно ли и как изменить величины r,S,чтобы измерить чувствительность и её изменение с частотой активной широкополосной (о,15...30 МГц) рамочной антенны диаметром 0,7 м?
Марк / 03.12.2011 - 20:42
Как измерить чувствительность активной широкополосной (ДВ, СВ, КВ) рамочной антенны диамметром 0,7 м? Нужно ли изменить размеры r,S ?

Различные органы чувств, дающие нам сведения о состоянии окружающего нас внешнего мира, могут быть более или менее чувствительны к отображаемым ими явлениям, т.е. могут отображать эти явления с большей или меньшей точностью (А.В. Петровский).

Чувствительность органа чувств определяется минимальным раздражителем, который в данных условиях оказывается способным вызвать ощущение. Минимальная сила раздражителя, вызывающая едва заметное ощущение, называется нижним абсолютным порогом чувствительности.

Раздражители меньшей силы, так называемые подпороговые , не вызывают возникновения ощущений, и сигналы о них не пере- даются в кору головного мозга.

Кора в каждый отдельный момент из бесконечного количества импульсов воспринимает лишь жизненно актуальные, задерживая все остальные, в том числе импульсы от внутренних органов. Такое положение биологически целесообразно. Нельзя представить себе жизнь организма, у которого кора больших полушарий одинаково воспринимала бы все импульсы и обеспечивала на них реакции. Это привело бы организм к неминуемой гибели.

Именно кора больших полушарий стоит на страже жизненных интересов организма и, повышая порог своей возбудимости, превращает неактуальные импульсы в подпороговые, избавляя тем самым организм от ненужных реакций.

Однако подпороговые импульсы не безразличны для организма. Подтверждением этому служат многочисленные факты, полученные в клинике нервных болезней, когда именно слабые, подкорковые раздражители из внешней среды создают в коре больших полушарий доминантный очаг и способствуют возникновению галлюцинаций и «обмана чувств ».

Нижний порог ощущений определяет уровень абсолютной чувствительности данного анализатора. Между абсолютной чувствительностью и величиной порога существует обратная зависимость: чем меньше величина порога, тем выше чувствительность данного анализатора.

Наши анализаторы обладают различной чувствительностью. Порог одной обонятельной клетки человека для соответствующих пахучих веществ не превышает 8 молекул. Чтобы вызвать вкусовое ощущение, требуется в 25 000 раз больше молекул, чем для создания обонятельного ощущения.

Очень высока чувствительность зрительного и слухового анализатора. Человеческий глаз способен видеть свет при попадании на сетчатку всего 2-8 квантов лучистой энергии. Это значит, что мы способны были бы видеть в полной темноте горящую свечу на расстоянии до 27 километров. В то же время для того, чтобы мы ощутили прикосновение, необходимо в 100-10 000 000 раз больше энергии, чем при зрительных или слуховых ощущениях (С.И. Вавилов).

Абсолютная чувствительность анализатора ограничивается не только нижним, но и верхним порогом ощущения.

Верхним абсолютным порогом чувствительности называется максимальная сила раздражителя, при которой еще возникает адекватное действующему раздражителю ощущение. Дальнейшее увеличение силы раздражителей, действующих на наши рецепторы, вызывает в них лишь болевое ощущение (например, сверхгромкий звук, слепящая яркость).

Величина абсолютных порогов изменяется в зависимости от различных условий: характера деятельности и возраста человека, функционального состояния рецептора, силы и длительности раздражения и т.п.

С помощью органов чувств мы можем не только констатировать наличие или отсутствие того или иного раздражителя, но и различать раздражители по их силе и качеству. Минимальное различие между двумя раздражителями, вызывающее едва заметное различие ощущений, называется порогом различения.

Порог различения характеризуется относительной величиной, постоянной для данного анализатора. Для зрительного анализатора это отношение составляет приблизительно 1/100, для слухового – 1/10, для тактильного – 1/30.

Мы уже знаем, что в классической сенсорной психофизике понятие чувствительности определяется на основе понятия сенсорного порога. Величина чувствительности понимается как обратная величина к значению порога: чем выше порог, тем ниже чувствительность, и наоборот. Поскольку все измерения чувствительности в пороговой психофизике сводятся к измерению порога, то и нет нужды вводить какие-либо дополнительные индексы чувствительности. Если испытуемый при оценке порога по методу констант меняет критерий принятия решения, это означает одновременное изменение порога и, как следствие, изменение чувствительности. Таким образом, методология классической пороговой психофизики не позволяет независимым образом оценивать процессы, связанные с влиянием на критерий принятия решения различных когнитивных и мотивационных факторов, и саму способность испытуемого к обнаружению сигнала.

В теории обнаружения сигналов дела обстоят иначе. Здесь чувствительность понимается как величина, отражающая соотношение сигнала и шума в каналах переработки информации. Эта величина рассматривается как независимая от критерия принятия решения, так что при одном и том же критерии наблюдатель может демонстрировать различную чувствительность, и, наоборот, одна и та же чувствительность может соответствовать различным значениям критерия.

Формально, чувствительность (обозначаемая как d" от англ, detectability) в теории обнаружения сигнала определяется как разность математических ожиданий в распределении сенсорного возбуждения сигнала па фойе шума и самого шума, выраженная в единицах стандартного отклонения для распределения шумовых эффектов. Математически это определение можно выразить следующей формулой:

Таким образом, если мы получили в эксперименте величину d", скажем, равную 1,50, это означает, что для наблюдателя распределение сигнала на фоне шума отличается на полторы единицы стандартного отклонения, характеризующего распределение шума.

Нулевая величина d" будет означать, что наблюдатель в принципе не способен различать шум и сигнал на его фоне. Иными словами, такое значение d" свидетельствует о том, что воздействующий сигнал вообще никаким образом не изменяет фоновой активности сенсорных систем, обеспечивающих его обнаружение. Заметим, что, несмотря на это, испытуемый может варьировать число положительных и отрицательных ответов в зависимости от условий эксперимента. Однако изменение стратегии принятия решения в пользу пропусков или ложных тревог не будет приводить к изменению эффективности ответов.

Аналогичным образом обстоят дела и в ситуации, когда величина чувствительности отличается от нулевого значения. При неизменном значении шума и сигнала величина d" также оказывается неизменной при изменении числа попаданий и ложных тревог.

Работа сенсорной системы может быть описана графическим путем. Такое наглядное представление параметров обнаружения сигнала получило название рабочей характеристики приемника (РХП).

Рабочая характеристика приемника представляет собой соотношение вероятностей попаданий и ложных тревог, которые могут быть оценены в эксперименте (рис. 7.2). Результат измерения характера обнаружения сигнала наблюдателем в этом случае представляется точкой на графике

Рис. 7.2. .

Если испытуемый оказывается неспособным к выделению сигнала из шума, он, как мы уже знаем, полагается на случайное угадывание. Понятно, что вне зависимости от того, каким образом испытуемый установит для себя критерий принятия решения, вероятности попаданий и ложных тревог для него оказываются равными в генеральной совокупности, т.е. в теории. В этом случае все точки рабочей характеристики приемника оказываются на диагонали РХП, проходящей от левого нижнего угла к правому верхнему. Будем называть ее восходящей диагональю.

Левый нижний угол РХП. откуда берет начало восходящая диагональ, соответствует ситуации, когда испытуемый все предъявленные ему пробы, содержащие или не содержащие искомый стимул, идентифицирует исключительно как шум. В этом случае он не совершает ложных тревог, но и число попаданий оказывается нулевым. Такая стратегия принятия решений может быть определена как крайне консервативная. Она гарантирует отсутствие ложных тревог, но не позволяет обнаружить что-либо помимо шума.

Напротив, правый верхний угол РХП, где восходящая диагональ заканчивается, соответствует ситуации, когда испытуемый использует крайне неосторожную, либеральную, стратегию принятия решения, оценивая все предъявляемые ему пробы как сигнальные. Это позволяет достичь максимума правильных попаданий, но, как следствие, сопровождается предельных числом ложных тревог, когда все пустые пробы, содержащие только шум, оцениваются как сигнальные.

Таким образом, мы видим, что положение точки рабочей характеристики приемника па восходящей диагонали отражает исключительно стратегию принятия решения наблюдателем, которая задает положение критерия принятия решения, и никак не связано с характеристикой самой способности сенсорной системы выделять сигнал из шума. Все точки восходящей диагонали соответствуют нулевой чувствительности.

Если же величина d" превышает нулевое значение, очевидно, что вероятность попаданий будет превышать вероятность ложных тревог (рис. 7.3). Таким образом, результат испытуемого окажется выше восходящей диагонали РХП. Поэтому по степени удаленности от нес полученного в эксперименте результата испытуемого можно судить, насколько велика его способность выделять сигнал из шума, т.е. насколько велика его чувствительность. Однако это не означает, что о величине d" можно судить исключительно по абсолютному значению удаленности точки РХП от ее диагонали.

Для пояснения этой мысли рассмотрим рис. 7.3. Здесь представлены результаты трех измерений рабочей характеристики приемника. Видно, что во всех трех опытах положение критерия принятия решения было различным. Чтобы убедиться в этом, достаточно сравнить проекции трех точек на диагональ РХП. Мы видим, что в первом опыте испытуемый использовал наиболее консервативный критерий. Число попаданий, как и число ложных тревог, здесь оказывается наименьшим. В третьем опыте испытуемый использует наименее осторожную стратегию принятия решения. Это приводит к увеличению числа попаданий, но одновременно увеличивается и число ложных тревог. Во втором опыте стратегия принятия решения была в наибольшей степени сбалансирована. Однако чувствительность во всех грех опытах оставалась неизменной, несмотря на то, что абсолютная удаленность точек от диагонали РХП варьирует. Все три точки ложатся на одну кривую, которая называется кривой рабочей характеристики приемника.

Рис. 7.3.

Поскольку все точки этой кривой соответствуют одному и тому же значению чувствительности, такую кривую можно обозначить как кривую равной чувствительности, или изосензитивности. Таких кривых существует бесконечное множество, и каждая из них соответствует определенной величине чувствительности. Чем более выпуклой формы будет эта кривая, тем большей величине d" она соответствует (рис. 7.4).

Рис. 7.4.

Таким образом, мы видим, что на основе данных рабочей характеристики приемника и кривых изосензитивности можно судить о положении

критерия принятия решений в ходе обнаружения сигнала, а также о величине чувствительности, отражающей, насколько, в принципе, наблюдатель способен выделять сигнал из шума при их неизменной величине. Таким образом, рабочая характеристика приемника в методологии обнаружения сигнала играет примерно такую же роль, как психофизическая функция в классической пороговой психофизике. Тем не менее, так же, как и в пороговой психофизике, в ряде случаев для исследователя оказывается важным оценить значения критерия принятия решения и величину чувствительности непосредственно, т.е. аналитическим, расчетным, путем.

Понятно, что на практике исследователь не имеет представления о характере распределения шума, даже если он использует в эксперименте внешние источники зашумления сигнала. Ведь всегда помимо внешних источников шума имеются еще и его внутренние источники, связанные с работой самих сенсорных систем. Поэтому оценка чувствительности и отношения правдоподобия, соответствующего критерию принятия решения, по формулам (7.1) и (7.2) оказывается невозможной. К тому же положение критерия наблюдателя вовсе не обязательно должно соответствовать оптимальному значению отношения правдоподобия.

Величина критерия принятия решения может быть установлена на основе вероятности ложных тревог и попаданий. Она может быть задана следующими соотношениями, где с - величина искомого критерия принятия решения:

Но для того, чтобы решить эти уравнения относительно с, необходимо снова иметь представления о характере распределения шума. Предположим, что оно описывается законом нормального распределения. Это предположение в большинстве случаев весьма правдоподобно и легко может быть проверено на основе имеющихся экспериментальных данных.

Как известно, любое нормальное распределение может быть преобразовано на основе линейной трансформации к стандартному нормальному распределению, или z-распределению. Осуществив такую трансформацию для функции распределения шума, имеем:

Таким образом, величина критерия может быть получена на основе z-трансформаций значений вероятности ложных тревог:

Если распределение шума описывается единичным нормальным распределением, то очевидно, что величина d" должна соответствовать математическому ожиданию сигнала на фоне шума при условии, что это распределение также нормально и характеризуется той же дисперсией:

Осуществив линейное преобразование распределения сигнала на фоне шума путем вычитания из этого распределения величины d" получаем следующее соотношение:

Отсюда, произведя z-преобразования значения вероятности попаданий, имеем

Подставляя в эго уравнение значение с из уравнения (7.3), получаем формулу для расчета величины чувствительности d". Очевидно, что она может быть получена по следующей формуле:

Зная положение критерия принятия решения, мы можем оценить вероятности значений шума и сигнала па фоне шума. Для этого необходимо определить ординаты функций распределения шума и сигнала на его фоне. Таким образом, получаем формулу для расчета отношения правдоподобия:

где О - ордината функции стандартного нормального распределения.

Отношение правдоподобия, точнее, его логарифм (что в ряде случаев может оказаться более практичным), можно рассчитать и непосредственно по результатам z-преобразования вероятностей попадания и ложных тревог. Для этого можно воспользоваться следующей формулой:

Преимущество вычисления логарифма (β перед вычислением самой величины отношения правдоподобия диктуется прежде всего соображениями удобства, так как в этом случае сравнение осуществляется не с единицей, а с нулем. В случае выбора сбалансированной стратегии принятия решения, когда критерий устанавливается таким образом, что вероятность того, что наблюдаемая сенсорная активность вызвана сигналом на фойе шума, и вероятность того, что такая активность вызвана только шумом, равны, логарифм р оказывается равным нулю. Отрицательное значение логарифма будет свидетельствовать в пользу более либеральной стратегии принятия решения, тогда как положительное значение - в пользу консервативной.

Помимо отношения правдоподобия β и его логарифма, в теории обнаружения сигнала предложены и другие индексы, которые позволяют оценить положение критерия наблюдателя, определяющего преобладание тех или иных ответов у испытуемого. Среди них необходимо отметить в первую очередь индекс С. Он может быть определен следующим образом:

Как видим, этот индекс является производным от lnβ. Однако его вычисление оказывается несколько более простым, так как не требует умножения на d". Как раз поэтому (и это очень важно), его величина не зависит от величины d". Поэтому вычисление именно этого индекса считается предпочтительным. Значение С показывает, на сколько единиц стандартного отклонения и в какую сторону от точки пересечения кривых распределения шума и сигнала на его фоне располагается критерий. Если критерий располагается в самой точке пересечения этих функций распределения, значение индекса С оказывается равным нулю.

Иногда для исследователя бывает полезным и важным выразить индекс С но отношению к величине d". В этом случае используют значение, производное от С, которое принято обозначать как С":

Однако величина С", точно так же, как и величина отношения правдоподобия и его логарифм, оказывается зависимой от величины чувствительности d". В этом заключается недостаток использования данного индекса.